哈尔滨市松北水系信息智慧化管理的探讨

刘 锐

(哈尔滨市水文水资源勘测总站,哈尔滨 150021)

哈尔滨市松北灌排体系及水生态环境建设工程,是哈尔滨市城市发展战略支撑项目之一。工程类型复杂多样,点多、面广,随着2019年松北新区79.86km2被国务院划定为自由贸易试验区新区,对松北水系工程的运行效率和运行安全提出了更高的要求。为加强松北水系建成后的运行管理水平,适应工程运行管理的需要,提高渠系河湖水网调度的精度和预警能力,建立一套行之有效的动态监测、调度控制智能体系是十分必要的。通过在线监测、实时控制和优化调度,配合新一代信息技术,及时、准确地掌握工程运行状况、河湖水体水质状况,科学调度松北水系,及时发布涉水信息,提高服务效率,提高防涝减灾和应对突发性事件的能力。因此,探索利用互联网、云计算、GIS等先进技术,提高松北水系的信息智慧化建设,研究利用大数据、云计算、物联网、移动通讯等新一代信息技术实现管理“信息技术标准化、信息采集自动化、信息传输网络化、信息管理集成化、业务处理智能化”的可行性。为此,文章是对实现松北水系工程管理智慧化,满足新时代经济社会发展新要求的一次尝试性探讨。

1 松北水系工程概况

哈尔滨市松北灌排体系及水生态环境建设工程是在哈尔滨市松北区原有河、渠、沟、泡和湿地水系的基础上,经过人工开挖、疏通河道,形成的“四横两纵”为骨架,打造总长146km、面积26km2,具有引水灌溉、排涝减灾、改善生态、旅游观光等综合功能的河网体系,计划总投资340亿元。

1.1 一期工程概况

一期工程由 “四横”中的第一横——发生渠以南的水工建筑物工程、渠道湖泊工程、路桥工程和园林绿化工程组成。工程主要有:新建发生渠等渠道7条(总长度55.65km)、湖泊8个(蓄水量109.5万m3)、水工建筑物18座(水闸11座、船闸2座、泵站5座);新建桥梁47座(市政公路桥29座、农用汽车桥2座、高速公路桥2座、铁路桥4座、景观桥10座),加固桥梁21座;水景面积203.78万m2,绿化面积968.21万m2,道路面积18.44万m2,场地铺装面积68.62万m2,木平台面积6.57万m2,工程总投资108.95亿元。

1.2 工程管理任务

哈尔滨市松北灌排体系及水生态环境建设工程的主要管理任务有5项:①水系的水量平衡、水系水资源统一调度,按计划输水配水;②负责对水城内湿地等项目进行观测研究,合理保护和改善区域内自然生态,实现水资源良性流动;③受上级有关部门的业务指导,协助配合有关部门对水城水系进行水情预报、水文观测、水质监测、工程安全监测;④负责水城水系工程及设施日常养护维修与安全;⑤负责区域内灌排和节制闸站日常管理工作,依据国家有关政策,承担区域内的灌排任务等。

松北水系工程管理范围大,建筑物多,为了加强防洪和水生态环境工程管理,充分发挥工程和非工程措施相结合的工程综合效益,提高松北水系生态环境承载能力;统筹协调城市与农村生活、生产和生态环境用水需求,提高水资源利用效率和效益;建设人工湖泊、疏通河网水系和城乡绿地,调控体系科学的决策十分必要。为加强松北水系建成后的运行管理水平,适应哈尔滨市松北灌排水系及水生态环境工程运行管理的需要,规划时就考虑了构建数字水系调度系统,形成现代化的水系管理体系[1]。

2 松北水系数字水调系统现状

目前已建成的数字水调系统有3部分:①基础平台工程;②水量水质联合调度系统;③三维仿真平台系统。数字水调系统基础平台工程包括包括IP电话及通信调度系统、网络系统、服务器与存储及系统软件、网络安全、大屏幕系统及交互数字平台显示系统、会议音响系统、集中控制系统(调度中心、会议室)、边缘融合系统(会议室)视频监控系统、相关辅助设备(会商室、会议室、机房)、楼宇布线、机房工程、消防系统、数据中心精密空调(风冷)、机房门禁系统、配电系统、机房报警系统、机房环境监控系统、背景音乐、气象信息实时传送显示系统等子系统。水量水质联合调度系统是以松北水系日常安全运行、调度方案编制等实际需求为出发点和落脚点进行开发的,主要的功能模块主要包括:工情信息查询、雨水情信息查询、统计分析、降雨产流、水动力水质模拟、日常调度、应急调度、数据维护、系统管理及帮助几部分。三维仿真平台是以哈尔滨市松北区的空间数据为基础,运用计算机图形图像学技术,建立起集水系三维可视化展示、水系信息查询、水工仿真模拟、暴雨积水模拟,水量联合调度模拟、数字模型管理和空间数据服务为一体的三维软件平台。数字水调系统的建设,为松北水系渠系管理与调度的信息资源,构建集信息采集、传输、信息资源快速汇集和处理提供了基础信息平台;目标是搭建集水雨情实时监测与预报、水量水质联合调度、排涝调度、农业水量水质联合调度、三维仿真、综合决策支持等于一体的调度管理平台,为渠系调度提供现代化的管理平台和辅助决策支持环境。

3 数字水调系统存在的问题

3.1 缺少配套工程,布局不到位

数字水调系统一期工程建成后,后续配套工程没有建设,近年来,水系工程主体基本完成,部分工程开始运行,但没有数据采集系统,数字水调系统无法实现设计的功能,面对日益多样化和复杂化的管理工作,迫切需要配套工程建设以解决当务之急。

3.2 没有数据传输线路,协同不到位

由于设计时,受限于当时的数据传输技术,缺少数据传输线路,水系之间如同一个个“信息孤岛”,联通薄弱,工作效率大打折扣。与水务、气象等各单位之间的数据交换没有建立专门线路,信息源不足,信息不对称等实际问题,无形中增加管理成本。

3.3 观念转变慢,认识不到位

管理人员对智能化建设的重要性、必要性、紧迫性缺乏足够认识。因此对于如何将智能化促进管理工作的跨越式发展,研究不够,重视不够。加上工作人员处理日常事务比较繁忙,学习新体系新知识的意愿普遍不高。

3.4 管理人员有限,急需升级智能化管理

目前,随着水系运行任务的增加,管理人员明显不足,只有升级系统实现智能化管理,才能节约人力,实现管理决策的快速和准确。

4 松北水系管理系统数字化向智慧化转变

国两会期间,人大代表、政协委员热议“新基建”,标志着“新基建”进入加速规划落地的阶段,为推进智慧城市建设治理现代化注入了新的强大动能。城市治理是国家治理体系的重要组成部分。水利工程的管理也应与时俱进,运用大数据、云计算、区块链、人工智能等前沿技术推动水利工程管理手段、管理模式、管理理念创新。

4.1 智慧化转变的组织保障

要将数字水调系统升级为智能水调系统,首先需加大资金保障,完善系统建设,打造一个纵向到底、横向到边,全业务综合水系管理智能化系统。通过智能决策系统、数据采集系统和数据传输系统,打通信息孤岛,把数据优势转化为决策指令。同时系统要逐步实现与水务、气象系统融合,方便水系管理,有效促进水系运行,提升社会公共服务能力。其次,建立领导机构,加紧智能化升级建设改造,切实加强智能化系统建设工作的组织保障,各部门齐抓共管,营造浓厚建设氛围,上下形成合力,全面推进。最后,要加强队伍培训,提高系统应用水平,加强单位技术人才队伍建设,积极推进内部队伍提升和外部人才引进,盘活管理队伍,实现队伍有机更新,队伍向结构化和高素质化迈进。进一步强化对聘用人员的业务知识、技能的培训,提升智能水调系统的维护和管理能力。

4.2 智慧化转变的技术支撑

数字水系的智能化改造以人工智能、区块链、云计算、大数据、安全、物联网、边缘计算、数字孪生、5G应用等“ABCDSIETG”九大科技为工具箱的创新思路和实施路径。其中:人工智能正成为新的生产力驱动,已经全面融入到云、网、边、端等各层级,是智慧水利工程管理的重要的基础支撑能力;区块链有望改变传统数据传输,其互联互通、互信互认的特质将在打破信息孤岛的困境,为数据的采集和存储等领域发挥巨大潜力;大数据作为新生产要素,让水利工程管理实现“从信息化到智能化再到智慧化”成为现实;边缘计算重塑了智慧水利一中心、多节点的治理运行模式,实现“大小脑并用”,使分布计算、多边协同变为可能;信息安全是“虚拟城墙”,是智慧水利运行管理不可或缺的一环;数字孪生以物联网为基础对水系工程进行数字仿真,并在虚拟空间中形成映射,从而实现全周期动态呈现和管理;5G作为智慧水利的“信息高速公路”,让各种技术和信息得以实时高效连接互通,将催生更多新的治理场景应用以ABCDSIETG为代表的“新基建”、新技术,构成了新时代智慧水利的四梁八柱,为水利工程实现现代化管理奠定坚实基础。

4.3 智慧化转变的实现目标联

虽然松北水系的管理系统采用了智能模型的开发方式,但经过了近十年技术的飞速发展,在技术路线上已经落后。目前的人工只能模型依托于大数据和云计算,更加智能化,也更加高效,原有的模型系统还需要专家系统的参与才能实现完整的功能,实际上更侧重于知识和数据的管理,所以只能称为信息化系统,智能的实现还是依托专业的人来实现。松北水系管理系统目前的数据来源主要有3个方面:①松北水系的总体规划和设计;②松北水系三维仿真平台的地理空间数据;③松北水系二维动力模型的计算数据。这些数据是实现智慧化系统开发的基础数据,是实现松北水系管理智慧化的支撑。但是这些数据随着时间的流逝,与实际工程运行存在着缺失和偏差,需要进一步的修正和补充。利用先进的人工智能模型对这些数据进行训练,再依托原有的专家系统,实现松北水系智慧化管理,具有良好的基础条件和先天的优势。如果不进一步对系统进行智慧化改造,随着技术的迭代,原有的管理系统终究将被时代所淘汰,这对原有投资会造成巨大浪费。而基础数据没有连续的更新,也将成为实现智慧化系统的阻碍。松北水系智慧化管理的主要目标是,打通数据采集与基础平台数据库和云计算之间的信息通道,三维仿真平台、水质水量联合调度系统实现数据共享,重新推算底层数据——松北水系二维水动力模型,从新配套人工智能系统,挖掘数据潜力,实现从智能化到智慧化管理系统的转变。

水利管理从信息化到智慧化与发展的历程密切相关,“智慧”是一个阶段性的概念。做信息化的过程当中首先是要做数字化,从模拟信号变成数字信号,比如现在的电视、电台的传输和摄像头技术等;第二个是智能化,是在数字化的基础上,做到自动控制,让计算机去学习人类的经验,然后使系统应用具有智能判断的能力;第三才是智慧化,是用更大的数据量使决策方案效果更好,水利工程管理智慧化是整个发展的第三个阶段,从数字化到智能化到智慧化。目前松北水系的管理系统处于第二阶段,及时向智慧化转变是迫切的需要,也是节约投资降低管理资金的有效手段。

5 结 语

松北水系作为一个复杂的系统,让水系管理更科学、更智慧、更安全,才能让市民更幸福,既是城市治理的一致追求,也需要更加先进的理念创新和科技保障。从这个角度看,水利工程管理智慧化本身,就属于“新基建”的范畴之一。另一方面,新时代、新形势下的水利工程管理智慧化改造是一项系统工程,是“新基建”的大舞台。

党的十八大提出“新四化”的要求。用信息技术支撑现代农业、现代工业,支持新型城镇化的建设,“智慧水利”是“智慧城市”的必要组成部分,不失时机加快智慧水利工程的规划建设,及时吸收先进创新科技,全面优化城市水系治理和服务新区经济,推进城市治理体系和治理能力现代化、加快高质量。